BAB II DASAR TEORI 2.1 Teori Warna 2.1.1 Warna Dalam Cahaya

BAB II
DASAR TEORI
2.1 Teori Warna
2.1.1 Warna Dalam Cahaya
Warna
dapat
didefinisikan
sebagai
bagian
dari
pengalamatan
indera
pengelihatan, atau sebagai sifat cahaya yang dipancarkan. Proses terlihatnya warna
adalah dikarenakan adanya cahaya yang menimpa suatu benda, dan benda tersebut
memantulkan cahaya ke mata (retina) kita hingga terlihatlah warna. Benda berwarna
merah karena sifat pigmen benda tersebut memantulkan warna merah dan menyerap
warna lainnya. Benda berwarna hitam karena sifat pigmen benda tersebut menyerap
semua warna. Sebaliknya suatu benda berwarna putih karena sifat pigmen benda
tersebut memantulkan semua warna. Teori dan pengenalan warna telah banyak
dipaparkan oleh para ahli, diantaranya sebagai berikut:
a. Eksperimen James Clerck Maxwell (1855-1861)
Penemuan Young dan Helmholtz membuktikan bahwa terdapat hubungan antara
warna cahaya yang datang ke mata dengan warna yang diterima di otak. Hal ini
merupakan dukungan awal terhadap asumsi Newton tentang cahaya dan warna-warna
benda. Asumsi Newton menyatakan bahwa benda yang tampak berwarna sebenarnya
hanyalah penerima, penyerap, dan penerus warna cahaya yang ada dalam spektrum.
James Clerck Maxwell
membuat serangkaian percobaan dengan menggunakan
proyektor cahaya dan penapis (filter) berwarna. 3 buah proyektor yang telah diberi
penapis (filter) warna yang berbeda disorotkan ke layar putih di ruang gelap.
Penumpukkan dua atau tiga cahaya berwarna ternyata menghasilkan warna cahaya
yang
lain
(tidak
dikenal)
dalam pencampuran
warna
dengan
menggunakan
tinta/cat/bahan pewarna. Penumpukkan (pencampuran) cahaya hijau dan cahaya
merah, misalnya menghasilkan warna kuning.
Hasil experimen Maxwell menyimpulkan bahwa warna hijau, merah dan biru
merupakan warna- warna primer (utama) dalam pencampuran warna cahaya. Warna
primer adalah warna- warna yang tidak dapat dihasilkan lewat pencampuran warna
apapun. Melalui warna- warna primer cahaya ini (biru, hijau, dan merah) semua
warna cahaya dapat dibentuk dan diciptakan. Jika ketiga warna cahaya primer ini
dalam intensitas maksimum digabungkan, berdasarkan eksperimen 3 proyektor yang
didemonstrasikan Maxwell.
Universitas Sumatera Utara
Eksperimen Maxwell merupakan model atau tiruan yang bagus sekali untuk
memudahkan pemahaman kita tentang bagaimana reseptor mata menangkap cahaya
sehingga menimbulkan penglihatan berwarna di otakPencampuran warna dalam cahaya
dan bahan pewarna menunjukkan gejala yang berbeda. Sekalipun begitu, dengan
memperhatikan hasilnya secara seksama pada pencampuran masing- masing warna
primer, dapatlah diperkirakan adanya suatu hubungan yang saling terkait satu sama lain.
Warna kuning dalam cahaya ternyata dapat dihasilkan dengan menambahkan warna
cahaya primer hijau pada cahaya merah. Cara menghasilkan warna cahaya baru
dengan mencampurkan 2 atau lebih warna cahaya disebut “pencampuran warna secara
aditif” (additive= penambahan). Warna- warna utama cahaya (merah, hijau, biru)
selanjutnya kemudian dikenal juga sebagai warna- warna utama aditif (additive
primaries). Pencampuran warna secara aditif hanya dipergunakan dalam pencampuran
warna cahaya.
Hasil pencampuran warna ini menunjukkan gejala yang berbeda bidang
pencampuran warna seperti pada cat. Dengan pencampuran bahan pewarna (cat)
warna cat merah dapat dihasilkan dengan mencampur cat warna primer magenta dan cat
warna primer yellow. Mencampurkan 2 atau lebih cat berwarna pada hakekatnya adalah
mengurangi intensitas dan jenis warna cahaya yang dapat terpantul kembali oleh
benda/cat tersebut. Pencampuran warna serupa ini dengan menggunakan pewarna/cat
kemudian disebut dengan pencampuran warna secara substraktif (substractive=
pengurangan). Warna- warna utama dalam cat/bahan pewarna kemudian lazim disebut
dengan warna-warna utama /primer substraktif (substractive primaries).
b. Teori Newton (1642-1727)
Pembahasan mengenai keberadaan warna secara ilmiah dimulai dari hasil temuan
Sir Isaac Newton yang dimuat dalam bukunya “Optics”(1704). Ia mengungkapkan
bahwa warna itu ada dalam cahaya. Hanya cahaya satu- satuny sumber warna bagi setiap
benda. Asumsi yang dikemukan oleh Newton didasarkan pada penemuannya dalam
sebuah eksperimen. Di dalam sebuah ruangan gelap, seberkas cahaya putih matahari
diloloskan lewat lubang kecil dan menerpa sebuah prisma. Ternyata cahaya putih
matahari yang bagi kita tidak tampak berwarna, oleh prisma tersebut dipecahkan menjadi
susunan cahaya berwarna yang tampak di mata sebagai cahaya merah, jingga, kuning,
hijau, biru, nila, dan ungu, yang kemudian dikenal sebagai susunan spektrum dalam
cahaya. Jika spektrum cahaya tersebut dikumpulkan dan diloloskan kembali melalui
sebuah prisma, cahaya tersebut kembali menjadi cahaya put ih. Jadi,
cahaya putih
Universitas Sumatera Utara
(seperti cahaya matahari) sesungguhnya merupakan gabungan cahaya berwarna dalam
spektrum
Gambar 2.1 Spektrum Cahaya pada Prisma
Newton kemudian menyimpulkan bahwa benda- benda sama sekali tidak
berwarna tanpa ada cahaya yang menyentuhnya. Sebuah benda tampak kuning karena
fotoreseptor (penangkap/penerima cahaya) pada mata manusia menangkap cahaya
kuning yang dipantulkan oleh benda tersebut. Sebuah apel tampak merah bukan
karena apel tersebut berwarna merah, tetapi karena apel tersebut hanya memantulkan
cahaya merah dan menyerap warna cahaya lainnya dalam spektrum.
Gambar 2.2 Mata Melihat Apel Berwarna Merah
Cahaya yang dipantulkan hanya merah, lainnya diserap. Maka warna yang tampak
pada pengamat adalah merah. Sebuah benda berwarna putih karena benda tersebut
memantulkan semua cahaya spektrum yang menimpanya dan tidak satupun diserapnya.
Dan sebuah benda tampak hitam jika benda tersebut menyerap semua unsur warna
cahaya dalam spektrum dan tidak satu pun dipantulkan atau benda tersebut berada
dalam gelap. Cahaya adalah satu-satunya sumber warna dan benda- benda yang tampak
berwarna semuanya hanyalah pemantul, penyerap dan penerus warna-warna dalam
cahaya.
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Warna Dalam Bentuk Gelombang
Gelombang pada dasarnya adalah suatu cara perpindahan energi dari satu tempat
ke tempat lainnya. Energi dipindahkan melalui pergerakan lokal yang relatif kecil
pada lingkungan sekitarnya. Energi pada sinar berjalan karena perubahan lokal yang
fluktuatif pada medan listrik dan medan magnet, oleh karena itu disebut radiasi
elektromagnetik.
a. Panjang gelombang, frekuensi, dan kecepatan cahaya
Setiap warna mempunyai panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda.
Bentuknya dapat ditunjukkan dalam suatu bentuk gelombang sinusoida. Berikut gambar
gelombang dari berbagai macam frekuensi warna:
Gambar 2.3 Gelombang frekuensi warna cahaya
Jika kita menggambarkan suatu berkas sinar sebagai bentuk gelombang, jarak
antara dua puncak atau jarak antara dua lembah atau dua posisi lain yang identik
dalam gelombang dinamakan panjang gelombang.
Gambar 2.4 Panjang Gelombang
Puncak- puncak gelombang ini bergerak dari kiri ke kanan. Jika dihitung
banyaknya puncak yang lewat tiap detiknya, maka akan didapatkan frekuensi. Pakar
fisika kebangsaan Jerman Heinrich Rudo lf Hertz yang menemukan fenomena ini
pertama kali, lalu hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz). Frekuensi
sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa gelombang yang terjadi satu kali per detik.
Sebagai alternatif, dapat diukur waktu antara dua buah kejadian/ peristiwa (dan
menyebutnya sebagai periode), lalu ditentukan frekuensi (f ) sebagai hasil kebalikan
dari periode (T ), seperti nampak dari rumus di bawah ini:
Universitas Sumatera Utara
f =
1
..................................................................................................... (2.1)
T
dengan,
T = perioda (m) dan
f = frekuensi (Hz).
Sinar oranye, mempunyai frekuensi sekitar 5 x 1014 Hz ( dapat dinyatakan
dengan 5 x 108 MHz - megahertz). Artinya terdapat 5 x 1014 puncak gelombang yang
lewat tiap detiknya. Sinar mempunyai kecepatan tetap pada media apapun. Sinar
selalu melaju pada kecepatan sekitar 3 x 108 meter per detik pada kondisi hampa, dan
dikenal dengan kecepatan cahaya. Terdapat hubungan yang sederhana antara panjang
gelombang dan frekuensi dari suatu warna dengan kecepatan cahaya:
c = λ. f................................................................................................ (2.2)
dengan,
c = kecepatan cahaya ( 3 x 108m/s) ,
λ = panjang gelombang (m) dan
f = frekuensi (Hz).
Hubungan ini artinya jika ki a menaikkan frekuensi, maka panjang gelombang akan
berkurang. Sebagai contoh, jika kita mendapatkan sinar warnamerah mempunyai
panjang gelombang 650 nm, dan hijau 540 nm, maka dapat diketahui bahwa warna
hijau memiliki frekuensi yang besar daripada warna merah.
b. Spektrum Warna
Warna yang kita lihat diinterpretasikan dalam bentuk spektrum warna atau spektrum sinar
tampak. Berikut adalah warna –warna dari spektrum sinar tampak:
warna- warna utama dari spektrum sinar tampak adalah:
Universitas Sumatera Utara
Warna
Panjang gelombang (nm)
Ungu
380 - 435
Biru
435 - 500
Hijau
520-565
Orange
590-625
Merah
625-740
Tabel 2.1 Spektrum Warna
Pada kenyataannya, warna saling bercampur satu sama lain. Spektrum warna tidak
hanya terbatas pada warna- warna yang dapat kita lihat. Sangat mungkin mendapatkan
panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar ungu atau lebih panjang dari sinar
merah. Pada spektrum yang lebih lengkap, akan ditunjukan ultra-unggu
dan
infra-
merah, tetapi dapat diperlebar lagi hingga sinar-X dan gelombang radio, diantara
sinar yang lain. Gambar berikut menunjukan posisi spektrum-spektrum tersebut.
2.2
Teknik Konversi Frekuensi Output Sensor Menjadi Data Digital
Secara umum frekuensi adalah jumlah gelombang yang terjadi dalam waktu
tertentu. Dalam elektronika digital, pengertian frekuensi disamakan dengan sinyal atau
gelombang kotak atau juga pulsa. Nilai frekuensi dapat dihitung dari jumlah gelombang
kotak dalam selang waktu tertentu.
Berdasarkan gambar diatas dalam selang waktu 1 milidetik frekuensi yang
dihasilkan dapat diketahui dengan menghitung jumlah gelombang kotak atau disebut
juga pulsa-pulsa digital. Misalkan pada gambar 2.8 (b) terjadi 16 pulsa kota dalam waktu
1 milidetik, berarti frekuensi yang dihasilkan adalah 16.000 pulsa perdetik atau
16kHz.
Demikian juga pada gambar 2.8(c) terjadi 8 gelombang kotak atau pulsa dalam 1
milidetik, berarti frekuensinya adalah 8.000 pulsa per detik atau 8kHz.Oleh karena itu,
untuk dapat mengubah data frekuensi output sensor maka program yang diisikan ke
Universitas Sumatera Utara
mikrokontroler harus sesuai/ mengikuti prosedur seperti yang telah dijelaskan diatas.
Yaitu, frekuensi output/sinyal dari sensor diambil dalam selang waktu tertentu. Kemudian
jumlah pulsa yang diterima dalam selang waktu tersebut disimpan kedalam register 8 bit
yang ada pada mikrokontroler untuk dikonversikan menjadi data digital 8 bit dan
menampilkan hasilnya melalui fasilitas port I/O yang ada pada mikrokontroler. Data
digital yang dihasilkan dapat diubah kembali kedalam frekuensi dengan cara yang
dijelaskan seperti diatas.
2.3 Pengertian LDR
Light Dependent Resistor atau disingkat dengan LDR adalah jenis Resistor yang
nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang
diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai
Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Dengan kata lain, fungsi
LDR (Light Dependent Resistor) adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima
sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi
gelap.
Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya.
Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi
gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang.
LDR (Light Dependent Resistor) yang merupakan Komponen Elektronika peka
cahaya ini sering digunakan atau diaplikasikan dalam Rangkaian Elektronika sebagai
sensor pada Lampu Penerang Jalan, Lampu Kamar Tidur, Rangkaian Anti Maling, Shutter
Kamera, Alarm dan lain sebagainya. LDR terdiri dari sebuah piringan bahan
semikonduktor dengan dua buah elektroda pada permukaannya. Dalam gelap atau
dibawah cahaya yang redup, bahan piringannya hanya mengandung electron bebas yang
relative kecil. Hanya tersedia sedikit electron untuk mengalirkan muatan listrik. Hal
ini berarti bahwa, sifat konduktor yang buruk untuk arus listrik. Dengan kata lain, nilai
tahanan bahan sangat tinggi. Dibawah cahaya yang cukup terang, lebih banyak electron
dapat melepaskan diri dari atom-atom bahan semikonduktor ini. Terdapat lebih banyak
electron bebas yang dapat mengalirkan muatan listrik. Dalam keadaan ini, bahan bersifat
sebagai konduktor yang baik. Tahan listrik bahan rendah. Semakin terang cahaya yang
mengenai bahan, semakin banyak electron yang tersedia, dan semakin rendah pula.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Bentuk dan Simbol LDR
2.4 ARDINO UNO
Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source,
diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik
dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya
memiliki bahasa pemrograman sendiri. Saat ini Arduino sangat populer di seluruh dunia.
Banyak pemula yang belajar mengenal robotika dan elektronika lewat Arduino karena
mudah dipelajari. Tapi tidak hanya pemula, para hobbyist atau profesional pun ikut
senang mengembangkan aplikasi elektronik menggunakan Arduino.
Gambar 2.6 Arduino uno
Bahasa yang dipakai dalam Arduino bukan assembler yang relatif sulit, tetapi bahasa
C yang disederhanakan dengan bantuan pustaka-pustaka (libraries) Arduino. Arduino juga
Universitas Sumatera Utara
menyederhanakan proses bekerja dengan mikrokontroler, sekaligus menawarkan berbagai
macam kelebihan antara lain:
a. Murah – Papan (perangkat keras) Arduino biasanya dijual relatif murah (antara
125ribu hingga 400ribuan rupiah saja) dibandingkan dengan platform mikrokontroler
pro lainnya. Jika ingin lebih murah lagi, tentu bisa dibuat sendiri dan itu sangat
mungkin sekali karena semua sumber daya untuk membuat sendiri Arduino tersedia
lengkap di website Arduino bahkan di website-website komunitas Arduino lainnya.
Tidak hanya cocok untuk Windows, namun juga cocok bekerja di Linux.
b. Sederhana dan mudah pemrogramannya – Perlu diketahui bahwa lingkungan
pemrograman di Arduino mudah digunakan untuk pemula, dan cukup fleksibel bagi
mereka yang sudah tingkat lanjut. Untuk guru/dosen, Arduino berbasis pada
lingkungan pemrograman Processing, sehingga jika mahasiswa atau murid-murid
terbiasa menggunakan Processing tentu saja akan mudah menggunakan Arduino.
c. Perangkat lunaknya Open Source – Perangkat lunak Arduino IDE dipublikasikan
sebagai Open Source, tersedia bagi para pemrogram berpengalaman untuk
pengembangan lebih lanjut. Bahasanya bisa dikembangkan lebih lanjut melalui
pustaka-pustaka C++ yang berbasis pada Bahasa C untuk AVR.
d. Perangkat kerasnya Open Source – Perangkat keras Arduino berbasis mikrokontroler
ATMEGA8, ATMEGA168, ATMEGA328 dan ATMEGA1280 (yang terbaru
ATMEGA2560). Dengan demikian siapa saja bisa membuatnya (dan kemudian bisa
menjualnya) perangkat keras Arduino ini, apalagi bootloader tersedia langsung dari
perangkat lunak Arduino IDE-nya. Bisa juga menggunakan breadoard untuk membuat
perangkat Arduino beserta periferal-periferal lain yang dibutuhkan.
2.4.1 KELEBIHAN ARDUINO
Tidak perlu perangkat chip programmer karena didalamnya sudah ada bootloadder
yang akan menangani upload program dari komputer.Sudah memiliki sarana komunikasi
USB,
Sehingga
pengguna
laptop
yang
tidak
memiliki
port
serial/RS323
bisa
menggunakannya. Memiliki modul siap pakai ( Shield ) yang bisa ditancapkan pada board
arduino. Contohnya shield GPS, Ethernet,dll.
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 SOKET USB
Soket USB adalah soket kabel USB yang disambungkan kekomputer atau laptop.Yang
berfungsi untuk mengirimkan program ke arduino dan juga sebagai port komunikasi serial.
2.4.3 INPUT/OUTPUT DIGITAL DAN INPUT ANALOG
Input/output digital atau digital pin adalah pin pin untuk menghubungkan arduino
dengan komponen atau rangkaian digital. contohnya , jika ingin membuat LED
berkedip,LED tersebut bisa dipasang pada salah satu pin input atau output digital dan
ground. komponen lain yang menghasilkan output digital atau menerima input digital bisa
disambungkan ke pin pin ini.Input analog atau analog pin adalah pin pin yang berfungsi
untuk menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. contohnya , potensiometer,
sensor suhu, sensor cahaya, dll.
2.4.4 Baterai / Adaptor
Soket baterai atau adaptor digunakan untuk menyuplai arduino dengan tegangan dari
baterai/adaptor 9V pada saat arduino sedang tidak disambungkan kekomputer. Jika
arduino sedang disambungkan kekomputer dengan USB, Arduino mendapatkan suplai
tegangan dari USB, Jika tidak perlu memasang baterai/adaptor pada saat memprogram
arduino.
Universitas Sumatera Utara